屈興之+張媛媛+賈樹澤+程朝暉

摘 要：只有時(shí)間表正常，地面應(yīng)用系統(tǒng)才能正常運(yùn)行，衛(wèi)星資料也能被完整接收和處理。為保證及時(shí)發(fā)現(xiàn)時(shí)間表異常，研究相應(yīng)的檢驗(yàn)技術(shù)，分別從邏輯性和準(zhǔn)確性兩個(gè)方面對(duì)時(shí)間表進(jìn)行檢驗(yàn)，該項(xiàng)技術(shù)可以保證當(dāng)時(shí)間表內(nèi)容出現(xiàn)異常時(shí)可及時(shí)發(fā)現(xiàn)、及時(shí)處理，從而保證地面應(yīng)用系統(tǒng)的運(yùn)行成功率。

關(guān)鍵詞：衛(wèi)星地面應(yīng)用系統(tǒng)；系統(tǒng)運(yùn)行；時(shí)間表；邏輯性檢驗(yàn)；準(zhǔn)確性檢驗(yàn)

DOIDOI：10.11907/rjdk.171196

中圖分類號(hào)：TP319

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-7800（2017）007-0119-03

0 引言

地面應(yīng)用系統(tǒng)作為風(fēng)云氣象衛(wèi)星工程大系統(tǒng)的重要組成部分，對(duì)衛(wèi)星應(yīng)用效益的發(fā)揮起著重要作用[1]。它的主要任務(wù)是接收、處理、存儲(chǔ)、分發(fā)和應(yīng)用服務(wù)，由數(shù)據(jù)接收系統(tǒng)、運(yùn)行控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)預(yù)處理系統(tǒng)等10個(gè)技術(shù)系統(tǒng)組成[2]，其中數(shù)據(jù)接收系統(tǒng)分布在地面站，應(yīng)用示范系統(tǒng)分布在全國(guó)，其它8個(gè)系統(tǒng)全部布局在北京國(guó)家衛(wèi)星氣象中心[3]。運(yùn)行控制系統(tǒng)根據(jù)衛(wèi)星的軌道參數(shù)編制應(yīng)用系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間表（簡(jiǎn)稱時(shí)間表），作為各系統(tǒng)業(yè)務(wù)運(yùn)行的依據(jù)[3]，因此只有時(shí)間表正確，地面應(yīng)用系統(tǒng)才能準(zhǔn)確及時(shí)地進(jìn)行衛(wèi)星資料的接收和處理。當(dāng)軌道參數(shù)等出現(xiàn)異常時(shí)，會(huì)造成時(shí)間表錯(cuò)誤，需及時(shí)發(fā)現(xiàn)并處理異常。本文以現(xiàn)有風(fēng)云三號(hào)氣象衛(wèi)星地面應(yīng)用系統(tǒng)和風(fēng)云三號(hào)氣象衛(wèi)星為對(duì)象，根據(jù)其運(yùn)行原理和長(zhǎng)期積累的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，研究了可行的檢驗(yàn)技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)錯(cuò)誤時(shí)間表的自動(dòng)檢驗(yàn)和告警，從而提高對(duì)時(shí)間表異常發(fā)現(xiàn)的自動(dòng)化程度和時(shí)效性。

1 風(fēng)三星地工作原理

風(fēng)云三號(hào)衛(wèi)星每天繞地球飛行約14圈，衛(wèi)星飛行過程中遙感儀器不間斷地對(duì)地觀測(cè)，實(shí)現(xiàn)全球數(shù)據(jù)觀測(cè)。衛(wèi)星在對(duì)地觀測(cè)的同時(shí)，把觀測(cè)的資料通過無線電播發(fā)，當(dāng)衛(wèi)星飛行在地面站接收圈外上空時(shí)，儀器觀測(cè)到的資料將被全部記錄在星載大容量存儲(chǔ)器上。衛(wèi)星在經(jīng)過地面站接收圈上空的有限時(shí)間內(nèi)，把星上儀器數(shù)據(jù)全部發(fā)送到地面，采用3路傳輸信道：第一路通過L波段（HRPT信道）傳輸小數(shù)據(jù)量的儀器觀測(cè)數(shù)據(jù)；第二路通過X波段（MPT信道）傳輸大數(shù)據(jù)量的中分辨率光譜成像儀觀測(cè)數(shù)據(jù)；第三路通過X波段（DPT信道）傳輸所有儀器在接收圈外觀測(cè)并記錄存儲(chǔ)在衛(wèi)星上的數(shù)據(jù)[4]。

風(fēng)云三號(hào)衛(wèi)星MPT信道在地面站天線跟蹤進(jìn)入仰角5°的接收圈時(shí)，開機(jī)廣播中分辨率光譜成像儀的數(shù)據(jù)，當(dāng)?shù)孛嬲咎炀€跟蹤離開仰角5°的接收圈時(shí)，關(guān)機(jī)停止廣播數(shù)據(jù)。HRPT信道的數(shù)據(jù)全球廣播。DPT信道分別在4個(gè)地面站（廣州、烏魯木齊、佳木斯和基律納站）7°接收圈內(nèi)下發(fā)數(shù)據(jù)，故當(dāng)衛(wèi)星飛過地面站時(shí)，地面站在5°接收圈接收直接廣播的衛(wèi)星資料，同時(shí)在7°接收圈接收從衛(wèi)星存儲(chǔ)器上回放的延時(shí)資料，這樣每天可以獲得晝夜兩次的全球資料[4]。

為了完整接收極軌氣象衛(wèi)星觀測(cè)的全球資料，運(yùn)控系統(tǒng)負(fù)責(zé)提出衛(wèi)星對(duì)地觀測(cè)和下傳數(shù)據(jù)的時(shí)間要求，同時(shí)負(fù)責(zé)制訂與之相匹配的地面站接收方案（即時(shí)間表），完成星地同步傳輸控制[4]。

以風(fēng)云三B（簡(jiǎn)稱FY-3B）為例，各地面站對(duì)其軌道的接收圈范圍如圖1所示，當(dāng)衛(wèi)星進(jìn)入指定的地面站接收圈時(shí)，地面站根據(jù)時(shí)間表接收衛(wèi)星數(shù)據(jù)，時(shí)間表名字中的日期則表示該時(shí)間表詳細(xì)描述該日期當(dāng)天各地面站接收衛(wèi)星數(shù)據(jù)所需的各類參數(shù)，以及從地面站傳輸衛(wèi)星數(shù)據(jù)到處理服務(wù)中心所需的各類參數(shù)，用于協(xié)調(diào)和指導(dǎo)應(yīng)用系統(tǒng)各實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)。時(shí)間表的主要內(nèi)容為各地面站接收天線軌道接收的開始、結(jié)束時(shí)間等信息。

2 時(shí)間表生成原理

地面站對(duì)衛(wèi)星的接收范圍由衛(wèi)星相對(duì)于地面站的仰角來確定。因此，在相對(duì)地面站不小于5°、7°仰角范圍內(nèi)分別是實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)（為MPT信道和HRPT信道的數(shù)據(jù)）和延時(shí)數(shù)據(jù)的接收時(shí)間?；诖嗽趯?duì)軌道進(jìn)行外推的基礎(chǔ)上可計(jì)算得出時(shí)間表，其中常見的軌道外推算法有二體運(yùn)動(dòng)外推、J2攝動(dòng)外推、J4攝動(dòng)外推、高精度軌道外推等[5]。

運(yùn)行控制系統(tǒng)每日根據(jù)西安衛(wèi)星中心提供的衛(wèi)星精軌根數(shù)對(duì)各顆衛(wèi)星經(jīng)過各地面站時(shí)的軌道進(jìn)行計(jì)算和預(yù)報(bào)，并結(jié)合星上遙感儀器特點(diǎn)，生成各顆衛(wèi)星的過境時(shí)間表、星下點(diǎn)軌跡、遙感儀器觀測(cè)覆蓋區(qū)等文件，根據(jù)地面站的經(jīng)、緯度計(jì)算出各地面站未來三天接收時(shí)間，生成未來三天的時(shí)間表[4]。如圖2所示，基律納站在2017年2月13日的時(shí)間表內(nèi)容，該時(shí)間表包括要接收的衛(wèi)星的星標(biāo)、地面站的站標(biāo)、接收的開始和結(jié)束時(shí)間、升降軌標(biāo)識(shí)、軌道號(hào)和數(shù)據(jù)類型等信息。

3 時(shí)間表檢驗(yàn)技術(shù)

3.1 時(shí)間表異常原因分析

常見的造成時(shí)間表異常的原因有衛(wèi)星精軌根數(shù)異常和軌道外推等程序運(yùn)行異常。衛(wèi)星精軌根數(shù)異常在西安衛(wèi)星中心每日測(cè)軌時(shí)可能發(fā)生，而軌道外推等程序運(yùn)行異常則在程序的運(yùn)行參數(shù)發(fā)生變化時(shí)可能發(fā)生，無論哪種異常，均會(huì)造成時(shí)間表異常，若時(shí)間表無法正常生成，則地面應(yīng)用系統(tǒng)會(huì)及時(shí)報(bào)警，但這些異常經(jīng)常會(huì)造成時(shí)間表內(nèi)容的異常，而這種異常嚴(yán)重影響系統(tǒng)正常運(yùn)行，故系統(tǒng)還需要對(duì)時(shí)間表內(nèi)容進(jìn)行檢驗(yàn)，保證該異常發(fā)生時(shí)能及時(shí)發(fā)現(xiàn)。

3.2 時(shí)間表檢驗(yàn)技術(shù)原理

由于運(yùn)行控制系統(tǒng)是一次生成未來3天的，即若當(dāng)前日期為N，運(yùn)行控制系統(tǒng)會(huì)根據(jù)當(dāng)日收到的最新精軌根數(shù)生成N+1、N+2、N+3日的時(shí)間表，將這3個(gè)時(shí)間表簡(jiǎn)稱為TN，N+1、TN，N+2、TN，N+3，則第二天即N+1日時(shí)運(yùn)行控制系統(tǒng)會(huì)根據(jù)當(dāng)日收到的最新精軌根數(shù)生成N+2、N+3、N+4日的時(shí)間表，簡(jiǎn)稱為TN+1，N+2、TN+1，N+3、TN+1，N+4。系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行時(shí)將使用TN+1，N+2，而不是TN，N+2，故此檢驗(yàn)技術(shù)的核心是對(duì)TN+1，N+2進(jìn)行檢驗(yàn)，該檢驗(yàn)包括邏輯性檢驗(yàn)和準(zhǔn)確性檢驗(yàn)。

其中邏輯性檢驗(yàn)是對(duì)TN+1，N+2中數(shù)據(jù)接收的開始和結(jié)束時(shí)間及軌道號(hào)進(jìn)行檢驗(yàn)，若檢查數(shù)據(jù)接收的開始時(shí)間小于結(jié)束時(shí)間，且在一天內(nèi)同一顆星的最后一軌的軌道號(hào)與第一軌的軌道號(hào)差值不超過15，則邏輯性檢驗(yàn)通過，其中15的設(shè)置是由于風(fēng)三氣象衛(wèi)星每天的軌道數(shù)在13至15軌之間，平均每天14軌，故同一天最后一軌的軌道號(hào)與第一軌的軌道號(hào)的差值不會(huì)超過15。endprint

由于TN+1，N+2是根據(jù)N+1日收到的精軌根數(shù)計(jì)算出的，TN，N+2是根據(jù)N日收到的精軌根數(shù)計(jì)算出的，考慮到預(yù)報(bào)誤差，兩者的內(nèi)容不會(huì)完全一樣，但具有一定的一致性，故準(zhǔn)確性檢驗(yàn)是將TN+1，N+2與TN，N+2的內(nèi)容按照本文中的一致性定義進(jìn)行比較，若一致，該檢驗(yàn)通過。當(dāng)邏輯性檢驗(yàn)和準(zhǔn)確性檢驗(yàn)均通過時(shí)，則表明時(shí)間表正確。準(zhǔn)確性的具體檢驗(yàn)方法如下：

將時(shí)間表TN+1，N+2中要檢驗(yàn)的七項(xiàng)內(nèi)容記為：

其中，SatN+1為星標(biāo)，表示地面站接收的是哪顆衛(wèi)星的資料，如圖2時(shí)間表中包含的星標(biāo)有風(fēng)云三B和風(fēng)云三C，StaN+1為地面站的站標(biāo)；圖2中SW為基律納的站標(biāo)，[tRs，N+1，tRe，N+1]為星上實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)接收的開始和結(jié)束時(shí)間；[tDs，N+1，tDe，N+1]為星上延時(shí)數(shù)據(jù)接收的開始和結(jié)束時(shí)間；ADN+1為升降軌標(biāo)識(shí)，升軌為A，降軌為D，OrbN+1表示要接收的該軌數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的軌道號(hào)，隨著衛(wèi)星每運(yùn)行一圈軌道號(hào)加1，TpN+1表示接收的數(shù)據(jù)類型，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)為HRPT_MPT，延時(shí)數(shù)據(jù)為DPT。

比較TN，N+2和TN+1，N+2的內(nèi)容是否一致，則是比較上述七項(xiàng)內(nèi)容是否一致，由于利用不同日期的精軌根數(shù)進(jìn)行軌道外推時(shí)，根數(shù)越新軌道外推越準(zhǔn)確，故TN，N+2和TN+1，N+2中的接收開始和結(jié)束時(shí)間不會(huì)完全一樣，故判斷TN，N+2和TN+1，N+2的內(nèi)容一致性的標(biāo)準(zhǔn)定義如下。

一致性定義：當(dāng)TN，N+2和TN+1，N+2中星標(biāo)、站標(biāo)、升降軌標(biāo)識(shí)、軌道號(hào)、接收的數(shù)據(jù)類型完全一樣，且實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和延時(shí)數(shù)據(jù)接收開始和結(jié)束時(shí)間誤差分別均在σ內(nèi)時(shí)，則表示TN+1，N+2和TN，N+2的內(nèi)容是一致的。

其中對(duì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和延時(shí)數(shù)據(jù)接收的開始和結(jié)束時(shí)間誤差分析見式（1）～（4），若均滿足時(shí)，表示N，N+2和TN+1，N+2的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和延時(shí)數(shù)據(jù)接收的開始和結(jié)束時(shí)間是一致的。其中σ可根據(jù)系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行中積累的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行設(shè)置。

3.3 時(shí)間表檢驗(yàn)技術(shù)實(shí)現(xiàn)

將檢驗(yàn)時(shí)間表的當(dāng)前日期記為N+1，該日地面應(yīng)用系統(tǒng)生成時(shí)間表的時(shí)刻記為T，將T時(shí)刻前的某一時(shí)刻記為T1，將T時(shí)刻后的某一時(shí)刻記為T2，則此項(xiàng)檢驗(yàn)技術(shù)的具體實(shí)現(xiàn)步驟如圖3所示。

步驟1：在T1時(shí)刻從相關(guān)服務(wù)器目錄中下載TN，N+2時(shí)間表到文件夾T_1中；

步驟2：在T2時(shí)刻從相關(guān)服務(wù)器目錄中下載TN+1，N+2時(shí)間表到文件夾T_2中；

步驟3：下載完TN+1，N+2時(shí)間表后對(duì)文件夾T_2中的TN+1，N+2時(shí)間表進(jìn)行邏輯性檢驗(yàn)，若檢驗(yàn)通過，則進(jìn)行步驟4，否則表示時(shí)間表檢驗(yàn)不通過，則檢驗(yàn)結(jié)束，并在客戶端顯示邏輯性檢驗(yàn)不通過；

步驟4：將文件夾T_2中的TN+1，N+2時(shí)間表與文件夾T_1中的TN，N+2時(shí)間表進(jìn)行比較，進(jìn)行準(zhǔn)確性檢驗(yàn)，若檢驗(yàn)通過，則在客戶端顯示檢驗(yàn)通過，否則顯示準(zhǔn)確性檢驗(yàn)不通過。

4 結(jié)語

為了提高時(shí)間表異常發(fā)現(xiàn)的時(shí)效，保證地面應(yīng)用系統(tǒng)正常運(yùn)行，針對(duì)時(shí)間表異常這種情況研究了相關(guān)的檢驗(yàn)技術(shù)，該檢驗(yàn)技術(shù)分別從邏輯性和準(zhǔn)確性兩方面對(duì)時(shí)間表的內(nèi)容進(jìn)行檢驗(yàn)，能準(zhǔn)確檢驗(yàn)出異常的時(shí)間表。本文技術(shù)檢驗(yàn)的內(nèi)容為時(shí)間表中的一部分內(nèi)容，但可以隨著地面應(yīng)用系統(tǒng)需求的增加而增添檢驗(yàn)內(nèi)容，該技術(shù)具有良好的可擴(kuò)展性。

參考文獻(xiàn)：

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